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本课题重点研究重组复合干扰素(cIFN)不稳定性的机制,同时探索抑制发酵过程中cIFN降解与聚合的有效方法。首先研究了利用复合培养基在低温条件下发酵表达cIFN。然后为了确定cIFN降解与聚合的原因,文章重点研究了环境因素(温度、pH、搅拌)对cIFN自身稳定性的影响。蛋白质在溶液中的稳定性与溶液环境密切相关,温度、pH、振动、剪切、表面吸附等环境因素对蛋白质的聚合与降解都有影响,但是发酵环境是一个相当复杂的体系,除上述因素之外,发酵液中还存在动态变化的酵母细胞以及细胞裂解释放的各种蛋白质和蛋白酶,在这样复杂的发酵液环境下很难考察某种环境因素对cIFN聚合与降解影响程度和作用方式。本课题采用“离体”方法,即在没有酵母细胞和其他蛋白干扰的非发酵状态下,模拟发酵液中部分理化因素(培养温度、发酵液pH、搅拌)对分离纯化后的cIFN的稳定性影响,为进一步分析发酵状态下cIFN发生聚合和降解的机理提供依据和指导。
研究发现利用复合培养基在15℃下诱导完全抑制了cIFN的降解,在此基础上通过添加Tween-80抑制疏水聚合,由此较好解决了cIFN在利用P.pastoris表达时稳定性差的问题。“离体”实验结果表明环境因素会对蛋白质本身造成不同程度的稳定性影响,其中温度对cIFN稳定性影响程度最严重,40℃下cIFN会发生严重的聚合与降解。pH的改变不会引起cIFN立即聚合与降解,但是在pH为3.0的溶液中cIFN不稳定,后期cIFN出现大量的聚合与降解。而震荡只会影响cIFN的聚合,对降解影响不明显。进一步研究发现cIFN分子内二硫键的断裂是造成发酵上清液在SDS-PAGE上形成三条cIFN单体带的主要原因,三条带分别为①结构完整的具有两条分子内的二硫键的cIFN条带;②只具有一条二硫键的cIFN单体条带;③不含二硫键的cIFN单体。研究还发现正是二硫键的断裂才造成了发酵和分离纯化过程中出现严重的聚合与降解现象,并且结构的轻微变化就会对cIFN的稳定性造成致命影响。此外本课题还对二硫键断裂引起的聚合体类型进行了比较详细的分析与研究。证实了发酵过程中形成的cIFN二硫键异构体,诱导cIFN形成非共价键聚合体和共价键聚合体,同时也使得cIFN更容易被蛋白酶降解。